风扇叶片的制造方法和制造装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及使用原材料板来制造风扇叶片的纤维强化复合材料制的风扇叶片的制造方法和制造装置，所述原材料板利用树脂将平行取向的多根纤维一体化而成。
【背景技术】
[0002]作为航空器用的发动机使用的涡轮风扇发动机由产生大部分推力的风扇、和核心发动机(涡轮喷气发动机)构成，所述核心发动机具有配置在风扇的后方并用于驱动风扇的涡轮机。风扇与核心发动机同轴配置，从发动机前面吸入风扇的空气分为通过风扇直接向后方排出的部分(Gf)和进入核心发动机燃烧而使涡轮机旋转后向后方排出的部分(Gc)0它们的比(Gf/Ge)称为旁通比。
[0003]由于旁通比高的一方燃料效率好，因此，近年来正在开发高旁通比的涡轮风扇发动机。如果提高旁通比，风扇的直径会变得比核心发动机的直径大，因此构成风扇的风扇叶片的长度变长。迄今为止，风扇叶片利用钛、铝合金等成形，但伴随着风扇叶片的大型化，为了同时满足轻量化和强度的要求，提出了将纤维强化复合材料用于风扇叶片的方法(参照专利文献1、2)。
[0004]这种复合材料制成的风扇叶片使用将平行取向的多根纤维(长纤维)利用树脂(聚合物)一体化的原材料板，通过热成形而成形。如果要通过热成形使平板状的原材料板成形为像风扇叶片那样的立体形状的制品，在对原材料板进行加热而使树脂变得柔软的状态下，可采用以下的若干方法:(a)利用两个模具夹持原材料板，(b)利用压缩空气将原材料板向模具按压，(c)在模具与原材料板之间进行减压，使原材料板吸附在模具(参照专利文献3、4)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:(日本)特开2007-112132号公报
[0008]专利文献2:(日本)特开2011-69286号公报
[0009]专利文献3:(日本)特开昭61-179720号公报
[0010]专利文献4:(日本)特开平6-239340号公报
【发明内容】
[0011 ] 发明所要解决的技术课题
[0012]可是，通常，考虑到空气动力特性，风扇叶片制成大的扭曲形状，因此对其进行复制的模具的表面也是扭曲的形状。模具的表面具有这样的扭曲时，在上述(a)的情况下，随着夹在两个模具之间的原材料板沿着模具的形状被引入，有时在被引入的周边等部分产生褶皱、卷入。另外，在使两个模具靠近而夹住原材料板时，有时原材料板会沿着模具的凹凸形状从模具的中央偏移移动而难以适当地成形。
[0013]在(b)的情况下，在原材料板沿着模具被压缩空气按压而下沉的距离大，则与(a)同样地容易产生褶皱等，为了利用压缩空气将原材料板适当地向模具按压，需要高压的压缩空气。在(C)的情况下，如果原材料板因减压的吸附力而沿着模具下沉的距离大，则与(a)同样地容易产生褶皱等，另外，为了使原材料板适当地吸附在模具上，需要进行大幅度减压，但减压也是受到限制的。
[0014]此外，在(b)和(C)的情况下，由于不是利用两个模具夹住原材料板，而是利用压缩空气向一个模具按压或者利用减压使其吸附在一个模具，因此，在原材料板具有难以变形的厚度、材质的情况下，难以进行应对。
[0015]本发明考虑到以上情况而作出，其目的在于提供一种风扇叶片的制造方法和制造装置，将平行取向的多根纤维利用树脂一体化而制成原材料板，在使用该原材料板通过热成形来制造风扇叶片时，能够抑制裙皱的产生。
[0016]用于解决技术课题的技术方案
[0017]为了达成上述目的，根据本发明提供一种风扇叶片的制造方法，其特征在于，加热原材料板，将加热后的原材料板向风扇叶片模具按压，所述原材料板具有平行取向的多根主纤维、与该主纤维交叉并平行取向的多根副纤维、将这些主纤维和副纤维一体化的树脂，风扇叶片模具的形状为，宽度方向中央部的沿着表面的长度方向长度比宽度方向两端部的沿着表面的长度方向长度短，在将原材料板向该风扇叶片模具按压时，使主纤维的方向与风扇叶片模具的长度方向匹配地将原材料板向风扇叶片模具按压，并且，比原材料板的风扇叶片模具的长度方向端部的宽度方向两端部分更大的拉伸量对原材料板的风扇叶片模具的长度方向端部的宽度方向中央部分进行拉伸。
[0018]另外，根据本发明，提供一种风扇叶片的制造装置，其特征在于，所述制造装置加热原材料板，将加热后的原材料板向风扇叶片模具按压，所述原材料板具有平行取向的多根主纤维、与该主纤维交叉并平行取向的多根副纤维、将这些主纤维和副纤维一体化的树月旨，所述制造装置具有按压机构，该按压机构使主纤维的方向与风扇叶片模具的长度方向匹配地将所述原材料板向该风扇叶片模具按压，风扇叶片模具的形状为，宽度方向中央部的沿着表面的长度方向长度比宽度方向两端部的沿着表面的长度方向长度短，沿着周围具有不是风扇叶片的形状的富余部，在长度方向端部的宽度方向中央部分处的富余部的朝向原材料板按压方向的截面角度比在长度方向端部的宽度方向两端部分处的富余部的朝向原材料板按压方向的截面角度陡。
[0019]发明效果
[0020]根据本发明的风扇叶片的制造方法和制造装置，在使用将平行取向的多根纤维利用树脂一体化的原材料板，通过热成形来制造风扇叶片时，能够抑制褶皱的产生。
【附图说明】
[0021]图1是具有风扇叶片的涡轮风扇发动机的示意侧剖视图。
[0022]图2是表示本发明的一实施方式的风扇叶片制造方法所使用的风扇叶片模具和原材料板的说明图，所述原材料板具有沿风扇叶片的长度方向取向的主纤维和与主纤维交叉而取向的副纤维。
[0023]图3是用于制造风扇叶片的热成形装置的示意剖视图。
[0024]图4A是风扇叶片模具和下压边框的俯视图。
[0025]图4B是风扇叶片模具和下压边框的侧视图。
[0026]图5是表示图4所示风扇叶片模具及下压边框、一次弯曲后的原材料板的立体图。
[0027]图6是将原材料板载置于图4和图5所示的风扇叶片模具和下压边框，利用箭头的长度表示原材料板的拉伸量的说明图。
[0028]图7A是图6所示的风扇叶片模具的长度方向端部在宽度方向中央部分(拉伸量大的部分)的局部剖视图。
[0029]图7B是图6所示的风扇叶片模具的长度方向端部在宽度方向两端部分(拉伸量小的部分)的局部剖视图。
[0030]图8是表示将原材料板载置于风扇叶片模具和下压边框的状态的俯视图，所述风扇叶片模具和下压边框构成本发明的变形例的风扇叶片制造装置的一部分。
[0031]图9是图8所示下压边框的主要部分侧剖视图。
【具体实施方式】
[0032]参照以下附图具体说明本发明优选实施方式。该实施方式所示的尺寸、材料、以及其他具体数值等只不过是用于容易理解发明的例示，除了特殊说明的情况下，并不限定本发明。在本说明书和附图中，对于实质上具有相同功能、结构的部件标注相同的附图标记并省略重复说明，另外，与本发明没有直接关系的部件省略图示。
[0033](涡轮风扇发动机I)
[0034]图1表示具有风扇叶片的涡轮风扇发动机I的示意侧剖视图。涡轮风扇发动机I由产生推力的大部分的风扇2和核心发动机3构成，核心发动机3具有配置在风扇2的后方而用于驱动风扇2的涡轮机。
[0035]核心发动机3由涡轮喷气发动机构成，该涡轮喷气发动机从上游侧朝向下游侧配置有低压压缩机31、高压压缩机32、燃烧室33、高压涡轮机34、低压涡轮机35、风扇涡轮机36。高压涡轮机34通过高压轴37与高压压缩机32连结，低压涡轮机35通过低压轴38与低压压缩机31连结，风扇涡轮机36通过风扇轴39与风扇2连结。也可以省略高压涡轮机34与高压压缩机32、低压涡轮机35与低压压缩机31中的任一方组合。
[0036](风扇叶片21)
[0037]风扇2具有在周向上隔开间隔配置的多个风扇叶片21，在风扇2的周围配设有包围风扇2并形成大致圆筒状的风扇罩4。风扇罩4经由在周向上隔开间隔配设的多个支杆(支柱)5安装在核心发动机3的壳体30上。收容在风扇罩4内的风扇2具有安装在风扇轴39上的风扇盘22、在周向上隔开间隔配设在风扇盘22上的多个风扇叶片21。考虑到空气动力特性，风扇叶片21具有大幅度扭曲的形状。以下，说明风扇叶片21的制造方法和制造装置。
[0038](原材料板7)
[0039]图2表示风扇叶片模具6b (以下，也称为下模具6b)、向下模具6b被按压的原材料板7。原材料板7具有平行取向的多根主纤维71、与主纤维71交叉并平行取向的多根副纤维72、使主纤维71和副纤维72 —体化的树脂。这样被纤维71、72强化了树脂的原材料板7以下述方式层叠多片(例如8?16片)并贴合来制造复合材料(FRP:Fiber ReinforcedPlastics，例如，CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)制的风扇叶片 21。在层叠的原材料板7彼此之间也可以根据